KR101436045B1 - 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 위치정보 센서와 차량 자세정보 센서가 탑재된 차량을 도로에 주행시켜 도로선형정보를 취득하며, 정확한 도로의 정보를 측정할 수 있는 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법을 제공하기 위한 것으로서, (A) 도로를 주행하는 이동수단(이하 ‘차량’이라함)에 설치된 차량 위치정보 센서와 차량 자세정보 센서를 통해 차량의 위치정보 및 차량 자세정보를 취득하는 단계와, (B) 상기 취득된 차량의 위치정보 및 차량 자세정보를 이용하여 차량의 주행궤적을 측정하는 단계와, (C) 상기 측정된 차량의 상, 하행 주행궤적을 이용하여 종단경사 및 횡단경사를 각각 산출하는 단계와, (D) 상기 산출된 종단경사 및 횡단경사에서 이동평균법을 포함하는 평활화 방법을 사용하여 이상치를 제거하는 단계와, (E) 상기 이상치가 제거된 종단경사 및 횡당경사의 측정치를 소정 간격마다 산출하여 각 구간에 포함된 값들의 평균값을 대표값으로 선정하는 단계와, (F) 상기 선정된 대표값에서 경사가 변하는 곡선과 변하지 않는 경사로 구분하는 단계와, (G) 상기 경사와 곡선을 구분하면, 양 직선의 높이차의 임계값을 이용하여 오류를 보정하여 선형과 곡선을 최종 구분하여 도로 기하구조를 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.

Description

차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법{Measurement Method of Road Slope Using Vehicle's Travel Data}

본 발명은 차량의 주행정보를 통해 도로선형정보 측정 방법에 관한 것으로, 특히, 종단방향 및 횡단방향 경사의 형상을 측정하는 방법에 관한 것이다.

국토의 효율적인 이용 등의 목적을 위해서는 도로 기하구조 정보를 정확하게 파악하는 것이 매우 중요하다. 특히 종단선형과 횡단선형은 이동 중에는 측정하기 어려운 자료로서, 현재까지 국내외의 도로안전성 분석 연구 수행에 있어서 도로 기하구조 정보는 대부분 도면을 이용하여 분석하였다.

그러나 현재 모든 도로에 도로 기하구조 정보를 갖는 도면이 존재하는 것은 아니며, 현재 국내의 도로대장 전산화율은 약 70% 정도이며 지방도 등에서는 도면이 없는 구간이 대부분인 실정이다. 또한 도면이 존재하는 구간에도 도로 선형 개량이나 덧씌우기 공사 등으로 인해 도면과 실제 도로의 기하구조 정보가 다른 경우가 존재한다.

따라서 도로에 대한 도면이 없는 경우에는 직접 측량자가 도로 현장에 나가서 현장에서 도로선형정보를 취득해야 한다. 그러나 이처럼 실제 측량을 하는 경우 비용과 시간이 많이 소요된다.

한편, 선행기술문헌으로 한국측량학회지 제18권 4호(325면 내지 333면)(2000년 공개)에 개시된 “GSIS를 이용한 효율적 도로선형 정보의 구축, 평면 및 종단선형을 중심으로”라는 제목의 논문에서는 GSIS를 이용하여 도로의 평면 및 종단선형 정보를 추출하는 기술이 소개되어 있다.

그러나 이러한 종래 기술에서는 도로의 평면선형정보를 수작업에 의해 분석하여 취득하는데 그치고 있다는 한계가 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 차량 위치정보 센서와 차량 자세정보 센서가 탑재된 차량을 도로에 주행시켜 도로선형정보를 취득하며, 정확한 도로의 정보를 측정할 수 있는 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 지도로부터 도로선형정보를 측정하는 것이 아니라, 차량 위치정보 센서와 차량 자세정보 센서가 탑재된 차량을 실제 측정대상 도로에 주행시키면서 직접 도로선형정보를 측정하여 도면이 존재하지 아니한 도로에 대해서도 도로의 유지관리 등에 필요한 도로선형정보를 정확하게 측정할 수 있는 도로경사 측정방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법의 특징은 (A) 도로를 주행하는 이동수단(이하 ‘차량’이라함)에 설치된 차량 위치정보 센서와 차량 자세정보 센서를 통해 차량의 위치정보 및 차량 자세정보를 취득하는 단계와, (B) 상기 취득된 차량의 위치정보 및 차량 자세정보를 이용하여 차량의 주행궤적을 측정하는 단계와, (C) 상기 측정된 차량의 상, 하행 주행궤적을 이용하여 종단경사 및 횡단경사를 각각 산출하는 단계와, (D) 상기 산출된 종단경사 및 횡단경사에서 이동평균법을 포함하는 평활화 방법을 사용하여 이상치를 제거하는 단계와, (E) 상기 이상치가 제거된 종단경사 및 횡당경사의 측정치를 소정 간격마다 산출하여 각 구간에 포함된 값들의 평균값을 대표값으로 선정하는 단계와, (F) 상기 선정된 대표값에서 경사가 변하는 곡선과 변하지 않는 경사로 구분하는 단계와, (G) 상기 경사와 곡선을 구분하면, 양 직선의 높이차의 임계값을 이용하여 오류를 보정하여 선형과 곡선을 최종 구분하여 도로 기하구조를 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.

바람직하게 상기 차량 위치정보 센서는 차량이 주행하는 과정에서 측정거리 단위마다의 각 측정점에서 측정된 차량의 경도좌표값 및 위도좌표값을 차량 위치 정보로서 취득하고, 상기 차량 차세정보 센서는 차량의 위치에 따라 서로 직교하는 3개축의 절대 좌표(x,y,z)와, 차량의 롤(Roll), 피치(Pitch), 헤딩(Heading)을 취득하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 (B) 단계는 상행 및 하행을 모두 주행하여 각각 취득된 양방향 편도 데이터를 측정하는 단계와, 상기 측정된 상, 하행의 자료를 구분하여 기준 중심선을 소정 간격으로 취득하는 단계와, 상기 취득된 기준 중심선에 대한 평균거리를 기준으로 소정 간격에 따른 각 점들의 평균값을 산출하여 차량의 주행 궤적을 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 (C) 단계에서 종단경사는 차량이 이동한 거리와 각각에 대한 고도값의 차를 이용하여 산출된 높이차로 산출되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 (C) 단계에서 횡단경사는 각 차로의 기울기를 나타내는 정도로써, 측정되는 차량의 자세정보 중에서 롤(roll)을 이용하여 다음 수식

을 통해 백분율로 횡단경사(e(%))를 산출하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 (F) 단계는 경사가 변하는 구간(곡선)은 대표값 간격의 차이가 양 또는 음의 방향성을 나타내지만, 일정값에 수렴하지 않고 발산하며, 경사의 변화가 없는 구간(경사)은 양 또는 음에 대한 방향성은 없지만 일정값에 수렴하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 도로조사차량의 주행 조사만으로 도로 기하구조를 측정할 수 있어, 도면이 존재하지 아니한 도로에 대해서도 도로안전진단 및 안전점검을 통한 도로의 유지관리 등 국토의 효율적인 이용이 가능하다.

둘째, 실측을 통해 취득된 실측자료를 이용하면 도로관리자는 도로교통 안전점검을 위한 기초자료로 활용이 가능하며, 또한 도로의 계획과 유지관리를 위한 기초자료로 활용이 가능하다.

셋째, 도로 조사차량의 주행 조사만으로 도로 기하구조를 측정할 수 있어, 직접 측량자가 도로 현장에 나가서 현장에서 도로선형정보를 취득할 필요가 없어 도로 기하구조 측정에 따른 비용과 시간을 절약할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법을 설명하기 위한 흐름도
도 2 는 도 2에서 주행궤적을 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면
도 3 은 도 2에서 종단경사를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면
도 4 는 도 2에서 횡단경사는 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면
도 5 는 도 4를 통해 산출된 횡단경사의 결과를 나타낸 그래프
도 6 은 도 2에서 대표값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면
도 7 은 도 2에서 종단경사 및 종단곡선을 설명하기 위한 그래프
도 8 은 도 2에서 임계값을 이용해 오류를 보정한 최종 도로 기하구조를 측정한 그래프

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 먼저 도로를 주행하는 이동수단(이하 ‘차량’이라함)에 설치된 차량 위치정보 센서와 차량 자세정보 센서를 통해 차량의 위치정보 및 차량 자세정보를 취득한다(S10). 이때, 상기 차량 위치정보 센서에서는 차량이 주행하는 과정에서 측정거리 단위마다의 각 측정점에서 측정된 차량의 경도좌표값 및 위도좌표값을 차량 위치 정보로서 취득한다. 그리고 차량 차세정보 센서에서는 차량의 위치를 측정하는 절대 좌표(x,y,z)와 자세자료(Roll, Pitch, Heading)를 취득한다. 참고로, 차량에 서로 직교하는 3개 축(x,y,z)을 상정하였을 때, 차량의 중심에 차량의 주행방향으로 연장되는 x축을 중심으로 회전하게 되는 것을 롤(roll)이라고 하고, 상기 롤링의 x축과 동일 평면에서 서로 직교하는 y축을 중심으로 회전하게 되는 것을 피치(pitch)라고 하며, 상기 x축 및 y축 모두에 대해 연직한 z축을 중심으로 회전하게 되는 것을 헤딩(heading)이라고 한다.

이어 상기 취득된 차량의 위치정보 및 차량 자세정보를 이용하여 차량의 주행궤적을 측정한다(S20). 이때, 주행하는 차량이 오른쪽 차선만을 이용할 수 있는 점을 감안하여, 상행 및 하행을 모두 주행하여 각각 양방향 편도 데이터를 이용하여 측정한다. 그리고 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이 측정된 상, 하행의 취득 자료를 구분하여 소정 간격별로 기준 중심선을 취득하고, 이렇게 취득된 중심선에 대한 평균거리를 기준으로 각 점들의 평균값을 산출하여 차량의 주행궤적을 측정한다. 상기 기준 중심선의 취득은 1m 간격으로 취득되는 것이 바람직하다.

이어 상기 측정된 차량의 상, 하행 주행궤적을 이용하여 종단경사 및 횡단경사를 각각 산출한다(S30).

먼저, 상기 종단경사의 산출은 중심선에 대한 평균거리를 기준으로 산출된 차량의 상, 하행 주행궤적을 다음 수학식 1에 적용하여 1m 간격의 높이차의 백분율로 종단경사(G(%))를 산출한다.

상기 수학식 1에서 Zi는 처음 차량의 고도, Zi+1은 나중 차량의 고도, di는 처음위치, di-1은 나중위치를 나타낸다. 이처럼, Z는 차량의 고도(지상에서의 높이)를 의미하므로, 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 차량이 이동한 거리와 각각에 대한 고도값의 차를 이용하면 높이차의 산출이 가능하다.

한편, 횡단경사의 산출은 종단선형과 달리 중심선을 사용하지 않는다. 즉, 횡단경사는 각 차로의 기울기를 나타내는 정도로써, 중심선을 사용하는 경우, 직선부에서의 왜곡의 가능성과 곡선부에서는 같은 구간에서 상, 하행이 상이하기 때문에 중심선을 사용하지 않는다. 또한, 횡단선형은 도로의 진행방향에 직각으로 설치하는 경사로써 도로의 배수를 원활하게 하기 위하여 설치하는 경사와 평면곡선부에 설치하는 편경사이며, 편경사는 평면곡선부에서 자동차가 원심력에 저항할 수 있도록 하기 위하여 설치하는 횡단경사를 의미한다. 따라서 횡단경사의 산출은 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 측정되는 차량의 자세정보 중에서 횡단경사의 변화와 유사한 롤(roll)을 이용하여 다음 수학식 2를 통해 측정한다. 이처럼, 횡단경사의 측정과 종단경사의 측정과의 차이점은 롤(roll)을 이용하여 횡단경사를 산출하는 점에서 방법이 상이하다.

도 5(a)는 상기 수학식 2를 이용하여 산출한 결과를 도시한 도면이고, 도 5(b)는 실제 측정된 횡단경사를 도시한 도면으로서, 도 5(a) 및 도 5(b)를 비교해본 것과 같이, 산출한 횡단경사와 실제 횡단경사 간의 오차가 크지 않은 것을 알 수 있다.

이처럼, 종단경사 및 횡단경사의 산출이 완료되면, 산출된 측정치(종단경사, 횡단경사)에서 이상치를 제거한다(S40). 즉, 취득되는 자료를 바로 사용하는 경우 이상치가 발생할 가능성이 높으므로, 취득된 자료의 이상치를 제거하여야 하며, 이상치 제거를 위하여 기존의 평활화 방법인 이동평균법을 사용하며, 이때, 기준이 되는 스팬(span)은 21을 사용하였다. 즉, 21개의 자료의 평균을 내는 방법으로써 이상치를 제거하였다. 참고로 상기 이동평균법은 기존에 공개된 방법으로 이에 따른 상세한 설명은 생략한다.

그리고 이상치가 제거된 종단경사 및 횡당경사의 측정치를 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이 소정 간격마다 산출하여 각 구간에 포함된 값들의 평균값을 대표값으로 선정한다(S50). 일 실시예로서, 종단경사는 1m 간격으로 취득되지만 1m로 분석하는 경우 오차가 많이 감지되어, 본 발명에서는 20m마다 산출하여 구간의 대표값으로 선정한다. 20m로 결정한 이유는 국내 도면에서 최소 20m단위로 표시하고 있으며, 측정된 값을 이용하여 도면에 표시될 수 있도록 제공하기 위해 20m로 선정하는 것이 바람직하다.

이어 종단경사 및 횡단경사의 대표값에서 경사가 변하는 곡선과 변하지 않는 경사로 구분한다(S60). 구분방법으로는 도 7에서 도시하고 있는 것과 같이, 경사가 변하는 구간(곡선)은 대표값 간격의 차이가 양 또는 음의 방향성을 나타내지만, 일정값에 수렴하지 않고 발산한다. 그러나 경사의 변화가 없는 구간(경사)은 양 또는 음에 대한 방향성은 없지만 일정값에 수렴한다. 도 7 은 종단경사 및 종단곡선의 구분의 예를 나타낸 도면이며, 횡단경사의 경우도 유사한 형태를 나타내게 된다.

상기 경사와 곡선을 구분하면, 도 8의 ①에서 도시하고 있는 것과 같이 노면상태로 인하여 오판된 구간이 발생하게 된다. 따라서 양 직선의 높이차의 임계값을 이용하여 도 8의 ②와 같이 오류를 보정하여 선형과 곡선을 최종 구분하여 도로 기하구조를 측정한다(S70). 여기서 말한 임계값이란 도 8이 ①에서 구간이 2개로 부분되는데, 그 차이가 임계값에 들어오는 경우 하나의 구간으로 판단하기 위한 오차를 말하며, 본 발명에서는 0.27을 임계값으로 선정하였으며, 이 값에 대한 근거는 실험적 방법(empirical method)에 의해 도출된 것으로 변경 가능한 값이다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

1. (A) 도로를 주행하는 이동수단(이하 ‘차량’이라함)에 설치된 차량 위치정보 센서와 차량 자세정보 센서를 통해 차량의 위치정보 및 차량 자세정보를 취득하는 단계와,
   (B) 상기 취득된 차량의 위치정보 및 차량 자세정보를 이용하여 차량의 주행궤적을 측정하는 단계와,
   (C) 상기 측정된 차량의 상, 하행 주행궤적을 이용하여 종단경사 및 횡단경사를 각각 산출하는 단계와,
   (D) 상기 산출된 종단경사 및 횡단경사에서 이동평균법을 포함하는 평활화 방법을 사용하여 이상치를 제거하는 단계와,
   (E) 상기 이상치가 제거된 종단경사 및 횡당경사의 측정치를 소정 간격마다 산출하여 각 구간에 포함된 값들의 평균값을 대표값으로 선정하는 단계와,
   (F) 상기 선정된 대표값에서 경사가 변하는 곡선과 변하지 않는 경사로 구분하는 단계와,
   (G) 상기 경사와 곡선을 구분하면, 양 직선의 높이차의 임계값을 이용하여 오류를 보정하여 선형과 곡선을 최종 구분하여 도로 기하구조를 측정하는 단계를 포함하여 이루어지며,
   이때, 상기 (B) 단계는
   상행 및 하행을 모두 주행하여 각각 취득된 양방향 편도 데이터를 측정하는 단계와,
   상기 측정된 상, 하행의 자료를 구분하여 기준 중심선을 소정 간격으로 취득하는 단계와,
   상기 취득된 기준 중심선에 대한 평균거리를 기준으로 소정 간격에 따른 각 점들의 평균값을 산출하여 차량의 주행 궤적을 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 차량 위치정보 센서는 차량이 주행하는 과정에서 측정거리 단위마다의 각 측정점에서 측정된 차량의 경도좌표값 및 위도좌표값을 차량 위치 정보로서 취득하고, 상기 차량 차세정보 센서는 차량의 위치에 따라 서로 직교하는 3개축의 절대 좌표(x,y,z)와, 차량의 롤(Roll), 피치(Pitch), 헤딩(Heading)을 취득하는 것을 특징으로 하는 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 (C) 단계에서 종단경사는 차량이 이동한 거리와 각각에 대한 고도값의 차를 이용하여 산출된 높이차로 산출되는 것을 특징으로 하는 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 (C) 단계에서 종단경사는 측정된 차량의 상, 하행 주행궤적을 수식

   

   
   에 적용하여 소정 간격의 높이차의 백분율로 종단경사(G(%))를 산출하며, 이때, 상기 Z는 차량의 고도(지상에서의 높이)를 나타내며, 상기 Zi는 처음 차량의 고도, 상기 Zi+1은 나중 차량의 고도, 상기 di는 처음위치, 상기 di-1은 나중위치를 나타내는 것을 특징으로 하는 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 (C) 단계에서 횡단경사는 각 차로의 기울기를 나타내는 정도로써, 측정되는 차량의 자세정보 중에서 롤(roll)을 이용하여 다음 수식

   

   을 통해 백분율로 횡단경사(e(%))를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 소정 간격은 20m인 것을 특징으로 하는 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 (F) 단계는
   경사가 변하는 구간(곡선)은 대표값 간격의 차이가 양 또는 음의 방향성을 나타내지만, 일정값에 수렴하지 않고 발산하며, 경사의 변화가 없는 구간(경사)은 양 또는 음에 대한 방향성은 없지만 일정값에 수렴하는 것을 특징으로 하는 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 (G) 단계에서 임계값은 0.27로 선정하는 것을 특징으로 하는 차량의 주행정보를 이용한 도로경사 측정방법.

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